ALDEHYDY: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Te aldehydy są związki organiczne o wzorze ogólnym RCHO. R oznacza łańcuch alifatyczny lub aromatyczny; C na węgiel; O do tlenu i H do wodoru. Charakteryzują się grupą karbonylową, taką jak ketony i kwasy karboksylowe, dlatego też aldehydy nazywane są związkami karbonylowymi.

Grupa karbonylowa nadaje aldehydowi wiele jego właściwości. Są to związki, które łatwo ulegają utlenieniu i są bardzo reaktywne na dodatki nukleofilowe. Wiązanie podwójne grupy karbonylowej (C = O) ma dwa atomy, które różnią się chciwością na elektrony (elektroujemność).

Ogólna budowa aldehydów

Tlen przyciąga elektrony z większą siłą niż węgiel, więc chmura elektronów przesuwa się w jego kierunku, powodując, że podwójne wiązanie między węglem i tlenem ma charakter polarny, ze znacznym momentem dipolowym. To sprawia, że ​​aldehydy są związkami polarnymi.

Biegunowość aldehydów wpłynie na ich właściwości fizyczne. Temperatura wrzenia i rozpuszczalność aldehydów w wodzie są wyższe niż niepolarnych związków chemicznych o podobnej masie cząsteczkowej, jak w przypadku węglowodorów.

Aldehydy zawierające mniej niż pięć atomów węgla są rozpuszczalne w wodzie, ponieważ wiązania wodorowe powstają między tlenem grupy karbonylowej a cząsteczką wody. Jednak zwiększenie liczby atomów węgla w łańcuchu węglowodorowym powoduje wzrost niepolarnej części aldehydu, przez co jest mniej rozpuszczalny w wodzie.

Ale jacy są i skąd pochodzą? Chociaż jego charakter zależy głównie od grupy karbonylowej, reszta struktury molekularnej również ma duży wpływ na całość. Zatem mogą być dowolnej wielkości, małe lub duże, a nawet makrocząsteczka może mieć regiony, w których dominuje charakter aldehydów.

Tak więc, jak w przypadku wszystkich związków chemicznych, istnieją „przyjemne” aldehydy i inne gorzkie. Można je znaleźć w naturalnych źródłach lub syntetyzować na dużą skalę. Przykładami aldehydów są wanilina, bardzo obecna w lodach (górne zdjęcie) i aldehyd octowy, który dodaje smaku napojom alkoholowym.

Struktura chemiczna

Źródło: NEUROtiker, z Wikimedia Commons

Aldehydy składają się z karbonylu (C = O), do którego bezpośrednio przyłączony jest atom wodoru. To odróżnia go od innych związków organicznych, takich jak ketony (R ₂ C = O) i kwasy karboksylowe (RCOOH).

Górny obraz przedstawia strukturę molekularną wokół –CHO, grupy formylowej. Grupa formylowa jest płaska, ponieważ węgiel i tlen mają sp ² hybrydyzacji . Ta płaskość czyni go podatnym na atak gatunków nukleofilowych i dlatego łatwo ulega utlenieniu.

Czego dotyczy to utlenianie? Do utworzenia wiązania z dowolnym innym atomem bardziej elektroujemnym niż węgiel; aw przypadku aldehydów jest to tlen. W ten sposób aldehyd jest utleniany do kwasu karboksylowego –COOH. A jeśli aldehyd został zredukowany? Zamiast niego powstałby alkohol pierwszorzędowy ROH.

Aldehydy są wytwarzane wyłącznie z alkoholi pierwszorzędowych: tych, w których grupa OH znajduje się na końcu łańcucha. W ten sam sposób grupa formylowa znajduje się zawsze na końcu łańcucha lub wystaje z niego lub z pierścienia jako podstawnik (w przypadku innych ważniejszych grup, takich jak –COOH).

Fizyczne i chemiczne właściwości

Będąc związkami polarnymi, ich temperatury topnienia są wyższe niż w przypadku związków niepolarnych. Cząsteczki aldehydów nie są zdolne do tworzenia wiązań wodorowych międzycząsteczkowo, ponieważ mają tylko atomy węgla przyłączone do atomów wodoru.

W związku z powyższym aldehydy mają niższą temperaturę wrzenia niż alkohole i kwasy karboksylowe.

Temperatury topnienia

Formaldehyd -92; Acetaldehyd -121; Propionaldehyde -81; aldehyd n-masłowy -99; n-waleraldehyd -91; Kaproaldehyd -; Heptaldehyd - 42; Fenyloacetaldehyd -; Benzaldehyd -26.

Punkty wrzenia

Formaldehyd -21; Acetaldehyd 20; Aldehyd propionowy 49; n-butyraldehyde 76; n-waleraldehyd 103; Caproaldehyde 131; Heptaldehyd 155; Fenyloacetaldehyd 194; Wiśniewska 178.

Rozpuszczalność w wodzie wyrażona wg / 100 g H

Formaldehyd, bardzo dobrze rozpuszczalny; Aldehyd octowy, nieskończony; Aldehyd propionowy, 16; aldehyd n-masłowy, 7; n-waleraldehyd, słabo rozpuszczalny; kaproaldehyd, słabo rozpuszczalny; Słabo rozpuszczalny aldehyd fenylooctowy; Benzaldehyd, 0,3.

Temperatury wrzenia aldehydów mają tendencję do bezpośredniego wzrostu wraz z masą cząsteczkową. Wręcz przeciwnie, istnieje tendencja do zmniejszania rozpuszczalności aldehydów w wodzie wraz ze wzrostem ich masy cząsteczkowej. Znajduje to odzwierciedlenie w stałych fizycznych wspomnianych właśnie aldehydów.

Reaktywność

Reakcja utleniania

Aldehydy można utlenić do odpowiedniego kwasu karboksylowego w obecności któregokolwiek z tych związków: Ag (NH ₃ ) ₂ , KMnO ₄ lub K ₂ Cr ₂ O ₇ .

Redukcja do alkoholi

Można je uwodorniać za pomocą katalizatorów niklowych, platynowych lub palladowych. Zatem C = O staje się C-OH.

Redukcja do węglowodorów

W obecności Zn (Hg), stężonego HCl lub NH ₂ NH ₂ aldehydy tracą grupę karbonylową i stają się węglowodorami.

Dodatek nukleofilowy

Do grupy karbonylowej dodaje się kilka związków, między innymi: odczynniki Grignarda, cyjanki, pochodne amoniaku i alkohole.

Nomenklatura

Źródło: Gabriel Bolívar

Na powyższym obrazku zilustrowano cztery aldehydy. Jak są nazywane?

Ponieważ są to utlenione alkohole pierwszorzędowe, nazwa alkoholu zmienia się z -ol na -al. Zatem metanol (CH ₃ OH) utleniony do CH ₃ CHO nazywany jest metanalem (formaldehydem); CH ₃ CH ₂ CHO etanalu (aldehyd); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO propanal i CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO butanal.

Wszystkie nowo nazwane aldehydy mają na końcu łańcucha grupę -CHO. Kiedy znajduje się na obu końcach, jak w A, końcówka -to jest poprzedzona przedrostkiem di-. Ponieważ A ma sześć atomów węgla (licząc węgle w obu grupach formylowych), pochodzi od 1-heksanolu i dlatego jego nazwa brzmi: heksan dial .

Gdy występuje podstawnik, taki jak rodnik alkilowy, wiązanie podwójne lub potrójne lub atom fluorowca, atomy węgla głównego łańcucha są wymienione, dając -CHO liczbę 1. Tak więc aldehyd B jest nazywany: 3-jodoheksanal.

Jednak w przypadku aldehydów C i D grupa -CHO nie ma pierwszeństwa w identyfikacji tych związków spośród innych. C oznacza cykloalkan, podczas gdy D oznacza benzen, przy czym jeden z ich Hs jest podstawiony przez grupę formylową.

W nich, ponieważ główna struktura jest cykliczna, grupa formylowa nazywa się karbaldehydem. Zatem C to cykloheksanokarbaldehyd, a D to benzenokarbaldehyd (lepiej znany jako benzaldehyd).

Aplikacje

W naturze występują aldehydy zdolne do nadawania przyjemnych zapachów, tak jak w przypadku aldehydu cynamonowego, odpowiedzialnego za charakterystyczny zapach cynamonu. Dlatego są często używane jako sztuczne aromaty w wielu produktach, takich jak słodycze czy żywność.

Formaldehyd

Formaldehyd jest aldehydem najczęściej produkowanym przemysłowo. Formaldehyd otrzymany przez utlenianie metanolu jest używany w 37% roztworze gazu w wodzie pod nazwą formaliny. Służy do garbowania skór oraz do konserwacji i balsamowania zwłok.

Formaldehyd jest również stosowany jako środek bakteriobójczy, grzybobójczy i owadobójczy do roślin i warzyw. Jednak jego największą użytecznością jest wkład w produkcję materiału polimerowego. Plastik zwany bakelitem jest syntetyzowany w wyniku reakcji formaldehydu i fenolu.

Bakelit

Bakelit to bardzo twardy polimer o trójwymiarowej strukturze stosowany w wielu sprzęcie domowym, takim jak uchwyty garnków, patelni, ekspresów do kawy, noży itp.

Polimery podobne do bakelitu są wytwarzane z formaldehydu w połączeniu ze związkami mocznika i melaminy. Te polimery są używane nie tylko jako tworzywa sztuczne, ale także jako klej i materiał powłokowy.

Sklejka

Sklejka to nazwa handlowa materiału zbudowanego z cienkich arkuszy drewna połączonych polimerami wytwarzanymi z formaldehydu. Marki Formica i Melmac są produkowane przy udziale tego ostatniego. Formica to tworzywo sztuczne używane do powlekania mebli.

Plastik Melmac służy do produkcji talerzy, szklanek, filiżanek itp. Formaldehyd jest surowcem do syntezy związku metylenodifenylodiizocyjanianu (MDI), prekursora poliuretanu.

Poliuretan

Poliuretan stosowany jest jako izolator w lodówkach i zamrażarkach, tapicerce mebli, materacach, powłokach, klejach, podeszwach itp.

Aldehyd masłowy

Aldehyd masłowy jest głównym prekursorem syntezy 2-etyloheksanolu, który jest używany jako plastyfikator. Posiada przyjemny jabłkowy aromat, który pozwala na wykorzystanie go w potrawach jako przyprawa.

Służy również do produkcji przyspieszaczy gumowych. Działa jako odczynnik pośredni w produkcji rozpuszczalników.

Aldehyd octowy

Do produkcji kwasu octowego wykorzystano aldehyd octowy. Ale ta funkcja aldehydu octowego straciła na znaczeniu, ponieważ została wyparta w procesie karbonylowania metanolu.

Synteza

Inne aldehydy są prekursorami oksoalkoholi, które są wykorzystywane do produkcji detergentów. Tak zwane oksoalkohole są wytwarzane przez dodanie tlenku węgla i wodoru do olefiny w celu uzyskania aldehydu. Na koniec aldehyd jest uwodorniany w celu uzyskania alkoholu.

Niektóre aldehydy są wykorzystywane do produkcji perfum, jak w przypadku Chanel nr 5. Wiele aldehydów pochodzenia naturalnego ma przyjemny zapach, na przykład: heptanal ma zapach zielonej trawy; oktanal ma zapach pomarańczowy; nonanal zapach róż, a cytral zapach limonki.

Przykłady aldehydów

Aldehyd glutarowy

Źródło: Jynto, z Wikimedia Commons

Glutaraldehyd ma w swojej strukturze dwie grupy formylowe na obu końcach.

Sprzedawany pod nazwą Cidex lub Glutaral, jest używany jako środek dezynfekujący do sterylizacji narzędzi chirurgicznych. Stosowany jest w leczeniu brodawek na stopach, stosowany jako płyn. Jest również stosowany jako środek utrwalający tkanki w laboratoriach histologicznych i patologicznych.

Benzaldehyd

Jest to najprostszy aromatyczny aldehyd, który tworzy pierścień benzenowy, do którego przyłączona jest grupa formylowa.

Występuje w olejku migdałowym, stąd jego charakterystyczny zapach, który pozwala wykorzystać go jako przyprawę do potraw. Ponadto znajduje zastosowanie w syntezie związków organicznych przy produkcji leków oraz przy produkcji tworzyw sztucznych.

Aldehyd glicerynowy

To aldotrioza, cukier złożony z trzech atomów węgla. Posiada dwa izomery zwane enancjomerami D i L. Gliceraldehyd jest pierwszym monosacharydem otrzymywanym w procesie fotosyntezy w fazie ciemnej (cykl Calvina).

Gliceraldehydo-3-fosforan

Źródło: Jynto i Ben Mills

Górny obraz przedstawia strukturę gliceraldehydo-3-fosforanu. Czerwone kule obok żółtej odpowiadają grupie fosforanowej, a czarne szkieletowi węglowemu. Czerwona sfera połączona z białą to grupa OH, ale gdy jest połączona z czarną kulą, a druga z białą, to jest to grupa CHO.

Gliceraldehydo-3-fosforan bierze udział w glikolizie, procesie metabolicznym, w którym glukoza jest rozkładana do kwasu pirogronowego z wytworzeniem ATP, rezerwuaru energii istot żywych. Oprócz produkcji NADH, biologicznego środka redukującego.

W glikolizie gliceraldehydo-3-fosforan i dihydroacetonowy fosforan powstają z rozszczepienia D-fruktozo-1-6-bisfosforanu

Gliceraldehydo-3-fosforan bierze udział w procesie metabolicznym znanym jako cykl pentozowy. W ten sposób powstaje NADPH, ważny biologiczny reduktor.

11-cis-Retinal

Źródło: Pixabay.

Β-karoten to naturalny barwnik występujący w różnych warzywach, zwłaszcza w marchwi. W wątrobie ulega rozpadowi oksydacyjnemu, przekształcając się w ten sposób w alkohol retinolowy lub witaminę A. Utlenianie witaminy A i następująca po niej izomeryzacja jednego z jej podwójnych wiązań powoduje powstanie aldehydu 11-cis-retinalowego.

Fosforan pirydoksalu (witamina B6)

Źródło: Jynto i Ben Mills.

Jest to grupa prostetyczna związana z kilkoma enzymami, która jest aktywną formą witaminy B6 i uczestniczy w procesie syntezy hamującego neuroprzekaźnika GABA.

Gdzie w twojej strukturze znajduje się grupa formylowa? Zauważ, że różni się to od pozostałych grup przyłączonych do pierścienia aromatycznego.

Salicylaldehyd

Jest surowcem do syntezy kwasu acetylosalicylowego, leku przeciwbólowego i przeciwgorączkowego zwanego aspiryną.

Bibliografia

1. Robert C. Neuman, Jr. Rozdział 13, Związki karbonylowe: ketony, aldehydy, kwasy karboksylowe. . Zaczerpnięte z: chem.ucr.edu
2. Germán Fernández. (14 września 2009). Nomenklatura aldehydów. Zaczerpnięte z: quimicaorganica.net
3. TW Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Chemia organiczna. (Wydanie dziesiąte, str. 729-731) Wiley Plus.
4. Jerry March i William H. Brown. (31 grudnia 2015). Aldehyd. Zaczerpnięte z: britannica.com
5. Wikipedia. (2018). Aldehydy. Zaczerpnięte z: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyde
6. Morrison, RT i Boyd, RN (1990). Piąta edycja chemii organicznej. Od redakcji Addison-Wesley Iberoamericana.
7. Carey, FA (2006). Organic Chemistry, szóste wydanie. Od redakcji Mc Graw Hill.
8. Mathews, Ch. K., Van Holde, KE and Athern, KG (2002). Biochemia. Trzecia edycja. Publikacja Pearson Adisson Wesley.